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中国开发深海矿产利器海试成功  

2015-06-18 11:36:30|  分类: 经济发展 |  标签: |举报 |字号 订阅

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5月22日, “海牛”号在厦门近海4号锚地首次试水,实现了海上钻机下放和着底、姿态调平、海底原位探测、钻机回收等测试,通讯、控制等各系统运行正常,试验数据指标达到预期效果。

6月14日,“海牛”号在南海3000米深海底对海床进行60米钻探。

据央视报道,昨天,我国自主研发的海底60米多用途钻机“海牛”号日前在南海深海海试成功,返回厦门港。此次海试首次实现了在水深超过3000米的深海海底,对海床进行60米钻探,标志着我国具备了深水海底取样的能力,我国成为继美国、德国、澳大利亚之后第四个掌握此项技术的国家。

6月10日,我国首台重型装备海底60米多用途钻机“海牛”号,随着“海大”号科考船驶离汕头港,进入我国南海海域进行深海测试。

钻探是矿产资源勘探的最后一步,也是关键环节。通过钻探取样分析,可以确定矿藏储量、品位和埋藏形态,为日后开采勾勒出一幅“藏宝图”。

湖南科技大学海洋矿产资源探采装备与技术湖南省工程实验室主任万步炎带领的团队,承担的“海底60米多用途钻机系统技术开发与应用研究”,就是要研制成功可搭载于普通科考船,在3000米海水深处往地底下“钻”60米的钻机。

在深海钻机研制领域,50米是道坎儿。哪个国家拥有超过50米的深海钻孔深度的装备,就拥有了国际先进的深海钻探能力,能勘探到更大埋深的海底矿产资源。更关键的是,根据联合国规定,公海矿产资源,遵循谁有能力先勘探,谁就具有优先开发权的规则。“海牛”号就是这样的利器,换言之,“海牛”的海试成功,让我国在抢占公海矿产资源开发权上多了一分技术优势。

据悉,“海牛”号腰围十米,如果站直了有6米高,重量仅为8.3吨,“海牛”号在制造时经过了严格的抗压试验。在水深大约3000米的海底,一个指甲盖大小的面积,就要承受300公斤的压力。

“海牛”的武器是身上的24根钻杆,每根2.5米长,像左轮手枪的子弹一样排列在圆盘之上。圆盘旋转,机械手取杆上膛,钻进岩层,然后再接入下一根钻杆。“海牛”号接卸钻杆的速度非常快,大概需要两份五十多秒,而国外的钻机大概需要好几分钟甚至十几分钟。

钻头相当于“海牛”的犄角,由金刚石和硬质合金制成。科研人员为海牛设计了3种类型的钻头,一种专门针对硬岩地层,一种针对沉积岩软岩地层,还有一种是根据需要全面钻进不取(岩)芯的钻头。

“海牛”号在3000米深的海底“刨地犁地”10个小时候,终于触及60米深的深度。“海牛”出水后,科研人员卸下从深海不同底层取出的样本,除了矿藏,还能告诉人们海洋发生事件的时间序列。

“海牛”号不仅可以用来钻孔取芯,还可以原位探测岩石的电阻率、孔隙率,以及给孔内周边岩石拍照等。同时,研发团队完全自主研发的“绳索取芯”关键技术,使打60米孔由以前的4天~5天缩短为现在的20多小时,大大提高了作业效率。

经过随船专家确认,由湖南科技大学、中国科学院海洋研究所、和广州海洋地质调查局共同研制开发的“海底60米多用途钻机”深海试验成功。

这次海试成功,也标志着我们国家自主具备了深水海底取样能力,并在此领域超越俄罗斯和日本等国,达到世界先进水平。这项技术的运用将极大提高我国深海海洋地质科学水平以及岩土工程技术水平的提高。

“海底60米多用途钻机系统技术开发与应用研究”是我国863计划海洋技术领域主题项目中,湖南科技大学担任主持单位,该校独立自主研制了“海底60米多用途钻机”“海牛号”。今年1月中旬,项目的海上试验大纲已通过专家组评审。

5月22日,“海牛”号在厦门近海4号锚地首次试水,实现了海上钻机下放和着底、姿态调平、海底原位探测、钻机回收等测试,通讯、控制等各系统运行正常,试验数据指标达到预期效果。

海底60米多用途钻机是国内首次研制,缺乏相应的海上试验经验和协同保障条件,因此海试必须按照“由浅入深、安全第一”的原则进行。此次海试主要包括海底60米多用途钻机本体、海底原位探测仪、甲板控制与配电系统、移动式海底钻机配套收放系统、支持母船等内容,为深海试验积累了经验,达到了试验目的。

可勘探可燃冰

万步炎是我国第一台深海浅地层岩心取样钻机的发明人,2003年,钻探深度只有0.7米,但那是中国人深海钻探迈出的第一步;2007年,他和他的团队研制出2米深海钻机;2010年,研制出20米深海钻机;到2014年,我国的多条海洋科考船都配备了万步炎团队所发明的专利设备,并利用它在各大海洋钻了1000多个勘探孔,成为全球深海钻机海上应用之最。

现在,万步炎团队再次研发出达世界先进水平的60米海底深孔岩心钻机。 

钻探深度从20米到60米,看起来只有短短的40米,但这不是普通的40米,而是在海水深度3000米以下的40米。

万步炎表示,钻探深度的增加,就必然会带来钻机装备重量的增加,对一艘普通科考船来说,海上作业难度随之增加。如何在设计上进行“轻量化”处理很关键。

我国自主研发的海底60米多用途钻机“海牛”号

无论是相较其他三个国家研制出的50米以深深海钻机,还是相较自己研制并在我国已投入使用的20米深海钻机,“海牛”都是有几个“牛”点的:

“操控”牛。万步炎团队在装备的操作软件上,花了很大的功夫。现在,“海牛”整机自动控制水平较高,基本上可以做到傻瓜式操作。这样一来,对操作工人的技能培训要求就很低了。

“体重”牛。整机的重量仅为8.3吨,而国外超过50米深度的钻机,重量都在10吨以上,而节省的重量意味着“海牛”具备更大的发展潜力。

“功能”牛。“海牛”不仅可以用来钻孔取芯,即钻取岩心送到实验室检测,还可以原位探测岩石的电阻率、孔隙率,以及给孔内周边岩石拍照等。原位探测,其结果较取芯送实验室测试更为准确。“海牛”不仅可钻硬岩还可以用来钻取稀软的海底沉积物。

“效率”牛。万步炎感到最为自豪的,是团队完全自主研发的“绳索取芯”关键技术。同样打60米孔,以前需要4—5天时间,现在可缩短为20多小时,大大提高了作业效率。

“价格”牛。一旦“海牛”海试通过,这样的国产化装备,价格就可以比进口设备降低一半至2/3。

在800米到2000多米深度的海底层,它的深度压力,最适合天然气水合物形成与水的结合体——海洋矿产资源开采热点物质“可燃冰”。

不难想象,特殊的海水深度与压力,让可燃冰有了“冰”的状态。可燃冰一旦离开了这个海水深度,就会变成气体而不以“冰”态存在了。因此普通的深海钻机是无法取样这样的物质的。唯一的办法,就是保持同等压力的状态下,将可燃冰取出。这就需要“保压取芯勘探系统”的研制。

这种装备的研制,正是万步炎想要做的一个突破性工作。3月,他计划申请的“十三五”国家重点研发计划优先启动的重点研发任务“保压取芯勘探系统研制与应用示范”,通过了湖南科技大学的专家组论证。万步炎团队拟研制具保压取芯能力的海底钻机系统,预计最大钻进深度能力将达到220米,可充分满足可燃冰勘探需求。

万步炎介绍,迄今为止,世界上最先进的海底钻机的最大钻孔深度能力仅为200米,而海底钻机的保压取芯能力在世界范围内也没有完全成功。如果能够研制成功,将这种海底保压钻机系统应用于我国南海或东海可燃冰取样,无疑是我国可燃冰勘探的巨大成就与进展,将有力推动我国可燃冰勘探事业与技术发展。

“我们至少需要两个突破,一个是从60米到220米的钻孔深度的突破,一个是海底保压取芯技术的突破。”万步炎说。

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